基于Laguerre滤波网络的仿真转台电液伺服系统建模

　　0　前言

　　在各类制导武器系统的研发过程中,采用实物进行制导飞行实验是极其有限的。而在其地面实验装置HITL实验研发过程中, FMS的数字模型能够用来置换实物系统。这有利于消除实验转台硬件部分不必要的磨损,同时还可减系统在线调试实验中,频繁开启大功率装置而给系统带来的损伤。因此,建立良好的FMS数字模型,实现系统的全数字仿真(Smi ula-tions by_smi ulations)[1],对制导武器系统的研发有着积极的意义。

　　采用Laguerre滤波网络为仿真转台电液伺服系统建模的主要原因: (1) Laguerre模型在描述各类系统动态行为有了广泛的研究,并在系统辨识与控制方面成效显著; (2) Laguerre模型的正交特性在数据的数值计算方面具有许多优点; (3)采用全通基函数的自适应滤波,可用短数据集-低阶算法精确逼近系统模型; (4) Laguerre函数在采样间隔以及模型阶的选择上具有良好的鲁棒特性。Laguerre滤波器的实际价值是,对于一个给定的阶数N,它能够比同样性能的传统FIR滤波器用更少的系数获得指定的建模误差界。Laguerre滤波器为Hilbert空间组成的正交基,因此常用于系统辨识和降阶建模,所建模系统的级数展开式能够保证其高精度快速收敛。

　　 　1　Laguerre滤波器的结构特征

　　在连续时间系统中, Laguerre函数定义为:

　　2　Laguerre滤波器的建模方法

　　3　Laguerre滤波器在转台电液伺服系统建模的应用

　　Laguerre滤波网络主要用于采样数据系统的逼近,并可用其阶跃响应建立系统模型。转台电液伺服系统应用Laguerre滤波网络的重点在于系统模型的构建,即用Laguerre滤波网络逼近模型。目标是通过Laguerre获得逼近系统的脉冲响应。其特点是采用阶跃响应数据[4,5],通过优化模型参数来实现这个逼近。有关应用表明Laguerre滤波网络能够借助于相当低的模型阶(N=3),较好地逼近系统。仿真转台各轴运动控制部分(子系统)为精密电液位置伺服系统,通常作为FMS的子系统考虑,因此将这个闭环系统作为一个子分量研究。由于FMS系统是一个由计算机控制的硬件装置,整个系统是非常昂贵的,一般不希望长时间和随意的进行实验与使用。如果能够用软件构造各子系统模型,那么初期的研发,计算机控制算法的调试,以及与硬件接口的联调均可以通过各子系统的模型来完成。一旦软件调试完成,硬件系统就可置换数字系统模型。采用这种方式,硬件(FMS运动平台)的研发使用费用可降低到最少。因此,在Laguerre滤波网络的基础上构造一个精确的闭环系统模型,能够实现真正意义上数字仿真。根据已给出的连续时间Laguerre一般表达形式(2),Li(s)传递函数核作为模型预测的选用核,并使用图1的结构,按照图2的模型逼近形式,完成FMS的建模。先只考虑其中横滚轴-Rol,l其实现的方法是采用Roll子系统H的阶跃响应数据用于优化逼近模型的参数集;对FMS的子系统Roll轴施加模拟阶跃输入,通过测量Roll轴的输出阶跃响应,同时将输入信号与Roll响应作数字化处理,获得系统模型的有关数据,并以一定的采样速率汇集,按照图3的方法得到Laguerre函数建模的参数集p={N=3; w=[0·82,0·12, 0·05];λ=20},于是得到逼近模型的结构如图4所示,该过程适用于其他轴。